На правах рукописи

ГАЙСИНА АЙГУЛЬ РАЛИФОВНА

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОЦЕНКИ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НЕФТЯНЫХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ СИСТЕМ

Специальность 05.17.07 - Химия и технология топлив

и специальных продуктов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Уфа - 2009

Работа выполнена на кафедре Технология нефти и газа Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Ахметов Сафа Ахметович.

Официальные оппоненты: доктор химических наук, профессор

Доломатов Михаил Юрьевич;

кандидат технических наук, доцент

Чуракова Светлана Константиновна.

Ведущая организация ГУП Институт нефтехимпереработки Республики Башкортостан.

Защита состоится л23 сентября 2009 года в 14.00 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.289.03 при Уфимском государственном нефтяном техническом университете (УГНТУ) по адресу: 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного нефтяного технического университета.

Автореферат разослан У 21 Ф августа 2009 года.

Ученый секретарь

диссертационного совета Абдульминев К.Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В связи с переходом на интенсивные методы развития технологии и строительством высокопроизводительных комбинированных установок большую роль играет повышение качества расчетов процессов и аппаратов нефтепереработки и нефтехимии, оптимизация действующих и проектируемых технологических схем.

Поиск необходимых физико-химических свойств (ФХС) веществ и нефтяных фракций составляет 10-20 % от полного объема затрат на проектирование. Сегодняшние исследователи в области прикладной химии и проектировщики, использующие в своей работе вычислительную технику, все еще вынуждены пользоваться данными, представленными в многотомных справочниках в виде таблиц, номограмм или графических зависимостей. От назревающего кризиса из-за роста необработанной информации может избавить лишь разработка и внедрение в химическую технологию универсальных математических моделей, адекватно описывающих ФХС углеводородных систем.

К настоящему времени появилось большое число методов расчета ФХС, что свидетельствует, с одной стороны, о потребности заменить экспериментальное исследование расчетом, а с другой - пока нет универсального метода, позволяющего рассчитать физико-химическое свойство углеводородных систем. Ценность метода определения ФХС зависит от следующих факторов: точности, простоты и универсальности.

Цель работы. Применительно к нефтяным углеводородным системам разработать:

- методы для расчета характеристических констант ФХС;

- модели для расчета термических и барических зависимостей ФХС;

- идентифицирующий показатель вероятного углеводородного состава;

- методику исследования вероятного углеводородного состава топливных фракций.

Научная новизна

1 Предложены новые методы расчета молярной массы, стандартных и псевдокритических констант узких нефтяных фракций, выкипающих до 350 C.

2 Для инженерных расчетов разработана новая зависимость температуры кипения индивидуальных углеводородов и нефтяных систем от давления.

3 Впервые предлагается показатель оценки вероятного углеводородного состава нефтяных топливных фракций с достаточно высокой для инженерных расчетов идентифицирующей способностью.

Практическая ценность

Предложенные методы позволяют рассчитать по температуре кипения и относительной плотности (или показателю преломления) следующие свойства узких нефтяных фракций, выкипающих до 350 C:

- молярную массу;

- стандартные и псевдокритические константы;

- энтальпию испарения при температурах от кипения до критической;

- температуру кипения при нестандартных давлениях.

Разработанные формулы применяются студентами и магистрантами на практических занятиях по дисциплинам: Инженерные расчеты физико-химических свойств веществ, Современные проблемы химической технологии, курсовом и дипломном проектировании для специальностей 24.04.03 Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов, 24.01.00 Химическая технология и биотехнология.

На основе методики исследования вероятного углеводородного состава нефтяных топливных фракций разработана новая лабораторная работа: Определение физических свойств и гипотетической брутто-формулы нефтяной фракции, которая используется студентами в учебном процессе при проведении занятий по дисциплине Химия природных энергоносителей для специальности 24.04.03 Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались:

- на 59-й научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых УГНТУ, Уфа, 2008 г.;

- Международной научно-практической конференции Нефтепереработка - 2008, Уфа, 2008 г.;

- Международной научно-практической конференции Нефтегазопереработка - 2009, Уфа, 2009 г.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 10 научных работ, в том числе 4 статьи и 6 материалов докладов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных выводов и изложена на 122 страницах, включает 27 таблиц, 16 рисунков и 15 страниц приложения.

Библиография содержит 108 источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы и сформулированы ее цель и задачи.

В первой главе диссертации рассмотрено современное состояние моделирования и инженерных расчетов ФХС нефтяных углеводородных систем, приведены методы исследования химического состава нефтяных фракций.

Во второй главе представлены методы расчета молярной массы, стандартных и псевдокритических констант нефтяных углеводородных систем.

Расчеты характеристических констант нефтяных углеводородных систем являются самой первой и необходимой стадией разработки любых химико-технологических процессов.

Нами предлагаются формулы для расчета молярной массы (Мi) узких нефтяных фракций по, и по, :

, (1)

, (2)

где, - соответственно относительная плотность и показатель преломления фракции;

;

- средняя температура (в К) кипения, рассчитываемая для узких нефтяных фракций с температурными пределами кипения и по формуле

. (3)

Средняя молярная масса (Мср) широкой фракции рассчитывается по правилу аддитивности:

, (4)

где - относительная плотность широкой фракции;

к - число узких фракций (к = 10).

Сопоставление экспериментальных и расчетных значений молярной массы некоторых индивидуальных углеводородов и узких нефтяных фракций показало, что предложенные формулы (1) и (2) адекватны (средняя относительная погрешность составляет 2,3 %, а критерий Фишера (F) меньше табличного значения (Fтаб) при доверительной вероятности 0,95: для (1) F = 1,001, Fтаб = 1,469; для (2) F = 1,012, Fтаб = 1,524).

Для расчета стандартных и псевдокритических констант нефтяных углеводородных систем применяется аналоговый метод, который основывается на теории химического строения А.М. Бутлерова и имеет следующий вид:

, (5)

где - физико-химическое свойство алкана линейного строения;

- изомольный алкановый индекс.

Математическая модель ФХС для нормальных алканов (н.а.) представляет собой однопараметрическую функцию зависимости любых j-х свойств между собой и молярной массой (рисунок 1):

(6)

где - информационный параметр (молярная масса, температура кипения, относительная плотность, показатель преломления );

, 0, 1 и 2 - коэффициенты, вычисленные методом наименьших квадратов по массиву экспериментальных (справочных) данных для н.алканов, приведены в таблице 1.

Симбатная однопараметрическая зависимость ФХС типа (6) обусловливается простотой химической структуры (конституции) н.алканов: их молекулы (кроме метана и этана) состоят только из ЦСН3 и ЦСН2- структурных составляющих (С.С.); углеродные атомы их соединены между собой лишь ковалентной () связью. Это обстоятельство позволяет разрешить исключительно сложную проблему оценки влияния конституции молекул на ФХС углеводородных систем и, что особенно важно, для нефтяных систем с неустановленной химической структурой, используя н.алканы в качестве аналоговых (эталонных) веществ. В этой связи вводится принципиально новое и удобное для целей моделирования ФХС нефтяных углеводородных систем понятие: изомольный алкановый индекс - показатель, численно равный отношению характеристических (стандартных и критических) констант рассматриваемого углеводорода или узкой нефтяной фракции и н.алкана идентичной молярной массой.

Рисунок 1 - Зависимость относительной плотности и температуры кипения от молярной массы для индивидуальных углеводородов.

Изомольный алкановый индекс () вычисляется 2 методами:

• конститутивный, основанный на принципе аддитивности парциальных значений (инкрементов) структурных составляющих молекул индивидуальных углеводородов;
• аналогово-информативный, который базируется на использовании в качестве информационных параметров стандартной температуры кипения и показателя преломления углеводородных систем.

Таблица 1 - Значения коэффициентов модели для расчетов характеристических констант ФХС н.алканов

№ п/п	Характеристические константы		0	1	2
1	Mi=f(к)	10,19	1,3827	0,5382	0,0574
2	Mi=f()	4,39104	-79,2835	22,1467	91,9949
3	Mi=f(n0)	86,37	-5509,5	2731,6	2792,8
4	Tкип=f(M)	34,703	0,5366	-1,4339	-7,710-5
5	Tкип=f()	7,57103	-42,9542	12,3802	47,9368
6	Tкип=f(n0)	341,77	-1732,2	852,1	888,43
7	=f(M)	0,0251	0,6772	7,1973	-3,3710-4
8	=f(к)	2,06	0,7660	-4,8225	-0,0846
9	=f()	6,03	217,9473	-178,2743	-69,2691
10	=f(M)	1,6776	-0,02073	-2,1002	4,9710-6
11	=f(к)	0,9178	0,1783	0,5498	-0,0031
12	=f()	1,567	-0,0324	0,0632	0,3802
13	Tкр=f(M)    Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по разным специальностям